CN104178095A - 一种钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液及其制备方法，涉及钻井技术领域，解决了现有的钻井液对高渗透砂岩储层损害严重的问题。本发明的主要技术方案为：钻井液包括基液及钻井液处理剂，基液包括90-100重量份的水、0.1-1重量份的碱、0.1-0.9重量份的碳酸盐及1-10重量份的氯化盐；基液与钻井液处理剂的质量百分比为100：(1-10)。本发明提供的钻井液具有优异的降失水性及流变性，其能保护低渗透、中渗透砂岩的油气层，还能降低对高渗透砂岩油气层的损害，以更好地保护岩石储层。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种钻井液及钻井液的制备方法。
背景技术
自从石油工业延生以来，油气层保护就是石油工程师所致力实现的目标，但钻井过程中会造成油气层损害(即，油气层渗透率下降)。钻井的目的是交给试用或采油部门一口无损害或低损害的油气井，钻井中对油气层的损害不仅影响油气层的发现，还影响油井的产量。而钻井液是钻井工程的血液，钻开油气层时，在正压差、毛管力作用下，钻井液中的固相进入油气层造成孔喉堵塞，液相进入油气层与油气层岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因素，造成油气层渗透率下降。
为了解决油气层损害问题，钻井技术人员通过长期不懈的努力，研究出几种类型保护油气层的钻井液，从而在油气层保护技术上有了很大的进展。目前保护油气层的钻井液主要有无膨润土聚合物暂堵型钻井液、正电胶钻井液、甲酸岩钻井液及低毒无荧光油包水乳化钻井液等。
而对于高渗透砂岩储层，由于储层砂岩孔喉大小的分布范围很广，与低渗透砂岩储层相比，其在钻井施工过程中实施暂堵的难度更大。发明人发现上述类型的钻井液可用于保护低渗透、中渗透砂岩储层的油气层，但对高渗透砂岩储层的油气层损害仍然较大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种钻井液及其制备方法，主要目的是使钻井液不仅能保护低渗透、高渗透砂岩的油气层，还能降低对高渗透砂岩油气层的损害，以更好地保护岩石储层。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种钻井液，包括基液及钻井液处理剂；
所述基液包括下列重量份的组分：
水90-100份；
碱0.1-1份；
碳酸盐0.1-0.9份；以及
氯化盐1-10份；
其中，所述基液与钻井液处理剂的质量比为100：(1-10)。
优选地，所述基液包括下列重量份的组分：
水90-100份；
碱0.2-0.5份；
碳酸盐0.3-0.6；以及
氯化盐5-10份。
所述基液与钻井液处理剂的质量比为100：(3-6)。
优选地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种；
所述碳酸盐为碳酸钠、重碳酸钠、碱式碳酸钠、碱式碳酸锌中的一种或几种；
所述氯化物为氯化钠、氯化钾中的一种或两种。
优选地，所述钻井液处理剂包括下列重量份的组分
增粘剂0.5-1.5份；
纤维2-5份；
降失水剂2-8份；
包被剂4-10份；以及
成膜剂4-10份。
优选地，XC生物聚合物、羟乙基纤维素、丙烯酸盐中的一种或几种。
优选地，纤维为羧甲基羟乙基纤维。
优选地，所述降失水剂为聚阴离子纤维素、水解聚丙烯铵盐中的一种或两种。
优选地，所述包被剂为羟乙基纤维素。
优选地，所述成膜剂的型号为LIQUI-VIS。
另一方面，本发明实施例还提供一种钻井液的制备方法，该方法包括：
按上述配比将碱、碳酸盐、氯化盐加入至水中，得到基液；
按照上述配比将增粘剂、纤维、降失水剂、包被剂及成膜剂混合均匀，得到钻井液处理剂；
将基液和钻井液处理剂按照上述配比混合，搅拌均匀，得到钻井液。
本发明实施例提出的钻井液主要包括按照一定比例混合的基液和钻井液处理剂，基液包括水、碱、碳酸盐及氯化盐；其中，基液中的各组分与钻井液处理剂各组分之间发生协同作用，使得本发明的钻井液对岩层具有优异的防止滤液浸入能力、封堵和降失水能力，使其不仅能保护低渗透、高渗透砂岩的油气层，还能降低对高渗透砂岩油气层的损害，以更好地保护岩石储层。
进一步地，本发明钻井液中的增粘剂采用XC生物聚合物、羟乙基纤维素、丙烯酸盐的混合组分时时，可提高钻井液的粘度，且流动性良好。
进一步地，本发明中的降失水剂为高粘度聚阴离子纤维素、水解聚丙烯铵盐中的一种或两种，加入降失水剂能在井壁上形成薄而坚、渗透性低的虑饼，使滤失量降低，从而可以很好地保护油层。另外，根据储层空隙分布特点，聚阴离子纤维素，能够调整钻井液的固相粒度分布，使之与油层孔喉直径分布相符，实现有效暂堵，同时利用成膜剂的膜结构特性，既参与油层孔喉的封堵，又堵塞刚性颗粒间的微孔隙，从而提高了封堵效果，保护了油气层。
附图说明
图1为本发明的一实施例示意图；
图2为本发明另一实施例示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种钻井液的制备方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如下。
步骤一，制备基液
该步骤中的基液主要由水、碱、碳酸盐、氯化盐组成。其中，水、碱、碳酸盐、氯化盐的质量比为(90-100)：(0.1-1)：(0.1-0.9)：(1-10)；优选地，水、碱、碳酸盐、氯化盐的质量比为100：(0.2-0.5)：(0.3-0.6)：(5-10)。
该步骤中的水可以为淡水，也可以为盐水，或者海水。
该步骤中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。氢氧化钠在钻井液中的主要作用是：提供氢氧根离子，遇到二价阳离子可形成低溶解度或难溶的氢氧化物，控制阳离子浓度；将钻井液中的难溶有机酸转化成易溶于水的盐；分散和活化粘土；增强钻井液处理剂的功能。氢氧化钾的作用基本上与氢氧化钠相似，其还可以提供大量的钾离子，增加防塌效果。
该步骤中的碳酸盐为碳酸钠、重碳酸钠、碱式碳酸钠及碱式碳酸锌中的一种或几种。在钻井液中加入适量的碳酸钠可降低岩浆的滤失量；在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量纯碱使钙离子沉淀成碳酸钙，从而使钻井液性能变好。
该步骤中的氯化盐为氯化钠、氯化钾中的一种或几种。钻井液中的氯化钠可以防止岩盐井段溶解，并抑制井壁泥页岩水化膨胀，可以保护油气层。钻井液中所包含的氯化钾具有较强的抑制页岩渗透水化能力，降低钻井液滤失量，另外其主要提供钾离子，可显著降低固相颗粒粒度，有助于进入地层空隙和裂缝内部，提高封堵效率和强度。
按照上述配比，将碱、碳酸盐、氯化盐加入水中，充分搅拌得到基液。
步骤二，制备钻井液处理剂
该步骤中的钻井液处理剂主要由增粘剂、纤维、页岩抑制剂、油层保护剂、降失水剂、包被剂、成膜剂组成。其中，增粘剂、纤维、页岩抑制剂、油层保护剂、降失水剂、包被剂、成膜剂的质量为1：(2-5)：(2-8)：(4-10)：(4-10)。
另外，该步骤中的增粘剂选用XC生物聚合物、羟乙基纤维素、丙烯酸盐中的一种，优选为的XC生物聚合物，XC生物聚合物的亲水性很强，没有任何的毒副作用，由于其强假塑性，低浓度的XC生物聚合物溶液表现出有较高的粘度和良好的流变性，可用于保持钻井液的粘度，并控制其流变性能。较佳地，该步骤中的XC生物聚合物的型号为NEW-xc,由淄博中轩生物有限公司生产。
该步骤中的纤维优选为羧甲基羟乙基纤维(CMHEC)，由湖北祥泰化工有限公司生产，羧甲基羟乙基是离子型双基取代的纤维素混合醚，兼有离子型和非离子型的特型，其用于提高钻井液的粘度。
该步骤中的降失水剂为聚阴离子纤维素、磺甲基褐煤、水解聚丙烯铵盐中的一种或几种，能大幅度低失水而粘度效应很小，反絮凝作用小，其通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤膜，尽可能降低钻井液的滤失量。
降失水剂优选为高粘度聚阴离子纤维素(山东得顺源化学公司生产)，加入高粘度聚阴离子纤维素的钻井液能在井壁上形成薄而坚、渗透性低的虑饼，使滤失量降低，从而可以很好地保护油层。另外，根据储层空隙分布特点，选择型号为DRISPAC-R的聚阴离子纤维素，调整钻井液的固相粒度分布，使之与油层孔喉直径分布相符，实现有效暂堵，同时利用成膜剂的膜结构特性，既参与油层孔喉的封堵，又堵塞刚性颗粒间的微孔隙，从而提高了封堵效果，保护了油气层。
该步骤中的包被剂选用部分水解聚丙烯酰胺PHPA、聚丙烯酰胺PAM、羟乙基纤维素中的一种或几种，且优选使用由加拿大劳恩化学公司生产的型号为LIQUI-VIS的包被剂。
该步骤中的成膜剂选用石棉纤维，型号为LIQUI-VIS，由美国兰德化学公司生产。
步骤三，制备钻井液
将步骤一制备的基液和步骤二制备的钻井液处理剂混合，搅拌均匀得到钻井液。
本发明提供的钻井液中基液的组分与钻井液处理剂的各组分发生协同作用，使得本发明的钻井液不仅能保护低渗透、高渗透砂岩的油气层，还能降低对高渗透砂岩油气层的损害，以更好地保护岩石储层
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、8重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将1重量份的XC生物聚合物、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、5重量份的聚阴离子纤维素、5重量份的羟乙基纤维素、5重量份的成膜剂(型号为LIQUI-VIS)石棉纤维依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
实施例2
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、8重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将0.6重量份的XC生物聚合物、0.4重量份的羟乙基纤维素、0.4重量份的丙烯酸盐、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、5重量份的聚阴离子纤维素、5重量份的羟乙基纤维素、5重量份的成膜剂(型号为LIQUI-VIS)依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
实施例3
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、8重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将0.5重量份的羟乙基纤维素、0.5重量份的丙烯酸盐、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、5重量份的聚阴离子纤维素、5重量份的羟乙基纤维素、5重量份的成膜剂(型号为LIQUI-VIS)依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
实施例4
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、6重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将1重量份的XC生物聚合物、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、3重量份的聚阴离子纤维素、2重量份的水解聚丙烯铵盐、6重量份的羟乙基纤维素、5重量份的成膜剂(型号为LIQUI-VIS)依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
实施例5
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、6重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将1重量份的XC生物聚合物、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、5重量份的水解聚丙烯铵盐、6重量份的羟乙基纤维素、5重量份的成膜剂(型号为LIQUI-VIS)依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
实施例6
步骤1，将0.3重量份的氢氧化钠、0.4重量份的碳酸钠、6重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到基液。
步骤2，将1重量份的XC生物聚合物、3重量份的羧甲基羟乙基纤维、5重量份的聚阴离子纤维素、6重量份的羟乙基纤维素依次加入到干粉混料机内，搅拌20-40分钟后得到钻井液处理剂。
步骤3，向100重量份的基液中加入5重量份的钻井液，搅拌均匀后得到钻井液。
比较例1
将0.5重量份的氢氧化钠、0.3重量份的碳酸钠、5重量份的氯化钾加入至100重量份的水中，搅拌均匀得到钻井液。该比较例1中的钻井液未加入钻井液处理剂，以和上述实施例进行对比。
比较例2
向水中加入0.3％的正电胶、4％的预水化膨润土浆、0.4％的降滤失剂、0.2％的降粘剂，搅拌均匀后得到正电胶钻井液。
实施例7
利用钻井液比重秤分别测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6及比较例1、比较例2制备的钻井液的密度，测定结果如表1所示。
利用高温高压滤失仪分别测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5及比较例1、比较例2制备的钻井液的高温高压滤失量(HTHP滤失量)及清水的滤失量。测试温度分别为65℃、90℃，测试压力为3.5MP，测定结果如表1所示。其中，在高温高压滤失仪测定相应的钻井液的高温高压滤失量后，向高温高压滤失仪中加入清水，测定出相应的钻进液的清水滤失量。
表1 为实施例-实施例5及比较例1制备的钻井液的密度及滤失量测定结果
由表1可以看出，实施例1-实施例5制备的钻井液在高温高压下的滤失性能基本一致，其滤失量较低(低于标准25mL)，其可以形成致密的滤饼，能够有效地降低后续清水的滤失量，使得后续清水的滤失量保持在5-6mL之间，故实施例1-实施例5制备的钻井液具有优异的降滤失性。
实施例6制备的钻井液的高温高压滤失量及清水滤失量都高于实施例1-实施例5制备的钻井液，故实施例6制备的钻井液的降滤失性能低于实施例1-5制备的钻井液的降滤失性能。
相对于实施例1-实施例6制备的钻井液的高温高压滤失量、清水滤失量而言，比较例1制备的钻井液在高温高压下的滤失量以及后续的清水滤失量较高，由此可以看出，通过在加入本发明提供的钻井液处理剂使得钻进液的降滤失性能更优异。
另外，通过比较实施例1、实施例3和实施例4的滤失量，降失水剂选用聚阴离子纤维素、水解聚丙烯铵盐的混合组分时，各组分发生协同作用，使得钻井液的滤失效果良好。
实施例8
利用流变仪分别测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及实施例5制备的钻井液在60℃和90℃下的流变性能，测定结果如表2、表3所示。
表2 为实施例1-实施例5在60℃下的流变性能
表3 表2 为实施例1-实施例5在90℃下的流变性能
由表2、表3可以看出，实施例1-实施例5制备的钻井液在60℃和90℃下的流变性能较好，动切力较低，初切力(10s静切力)和终切值(10min静切力)较低，较低的切力表明本发明实施例制备的钻井液的凝胶强度低，故本发明实施例提供的钻井液的具有良好的流变性能，能够满足钻井过程中需要的携砂能力。
另外，通过比较实施例1和实施例2及实施例3的滤失量可以看出，增粘剂采用黄原胶、羟乙基纤维素、丙烯酸盐混合组分时，各增粘组分发生协同作用，使的钻井液的粘度大，且流变性能很好。
实施例9
利用实施例3、实施例6制备的钻井液及比较例2制备的正电胶钻井液在室内分别对1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、中渗透露头岩心及低渗透露头岩心进行动态模拟污染实验，并分别定时记录1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心(其中，1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心为两种不同类型的高渗透露头岩心)、中渗透露头岩心及低渗透露头岩心随着时间的累积滤失量。其中，实施例3制备的钻井液的滤失体积随着时间的变化如图1及表4所示，实施例6制备的钻井液、比较例1制备的正电胶钻井液的滤失体积随着时间的变化如表4所示。
表4 为实施例3、实施例6及比较例2在动态模拟污染实验时滤失体积随着时间的变化量
由表4可以看出，比较例2制备的正电胶钻井液对高渗透岩层的防止滤液浸入能力、封堵和降失水能力较差。由图1、表4可以看出，实施例3制备的钻井液对1号高渗透露头岩芯、2号高渗透露头岩芯、中渗透岩心及低渗透岩心进行动态污染模拟试验时，1号高渗透露头岩芯、2号高渗透露头岩心在125min后的累计滤失体积(失水量)在5.4-5.5mL之间，中渗透露头岩心和低渗透岩心在125min后的滤失体积在7.6-8.3mL之间，由此可以看出本发明实施例制备的钻井液对低渗透、中渗透以及高渗透岩层都具有良好的防止滤液浸入能力、封堵和降失水能力，且都强于比较例2制备的正电胶钻井液对岩层的防止滤液浸入能力、封堵和降失水能力。
另外，实施例6制备的钻井液对岩层的防止浸入能力、封堵能力以及降失水能力低于实施例1-实施例5制备的钻井液对岩层的防止浸入能力、封堵能力以及降失水能力。
实施例10
利用实施例4制备的钻井液在钻井现场分别对SZ36-1-E22井的1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、LD10-1-A32井中的3号高渗透露头岩心及4号高渗天然岩心、5号高渗天然岩心进行动态污染实验，并分别定时记录SZ36-1-E22井的1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、LD10-1-A32井中的3号高渗透露头岩心及4号高渗天然岩心、5号高渗天然岩心的滤失量，记录结果如图2所示。
由图2可以看出，本发明实施例制备的钻井液在实际钻井现场的累计动态失水都控制得非常低，基本都控制在4mL内，故本发明实施例制备的钻井液在钻井现场的应用中具有很好的降滤失性和封堵性。
实施例11
采用实施例4制备的钻井液、比较例2制备的正电胶钻井液分别对1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、中渗透露头岩心及低渗透露头岩心进行动态污染实验，之后对污染后的1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、中渗透露头岩心及低渗透露头岩心进行渗透恢复试验。其中，渗透恢复试验在驱替试验装置中进行，温度为90℃，压力为3.5MPa，实验结果如表5所示。
表5 为实施例4、比较例2制备的钻井液的对岩心进行渗透恢复实验结果
由表5可以看出，利用本发明实施例制备的钻井液污染不同渗透率的露头岩心(1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心、中渗透露头岩心及低渗透露头岩心的渗透率不同)，露头岩心的渗透率恢复率都超过90％，尤其对于1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心，其渗透率恢复率达到98.7％、97.0％。而用比较例2制备的钻井液污染后的中渗透露头岩心及低渗透露头岩心的渗透率恢复率还可以，但用比较例2制备的钻井液污染后的1号高渗透露头岩心、2号高渗透露头岩心的渗透率恢复率较低，远低于本发明实施例制备的钻进液污染后的岩心的渗透率恢复率。故本发明实施例制备的钻井液对不同渗透率的岩层、尤其是高渗透率的岩层损害较小。
综上，本发明实施例制备的钻井液对岩层具有优异的的防止滤液浸入能力、封堵和降失水能力，使其不仅能保护低渗透、高渗透砂岩的油气层，还能降低对高渗透砂岩油气层的损害，以更好地保护岩石储层。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种钻井液，其特征在于，包括基液及钻井液处理剂；
所述基液包括下列重量份的组分：
水90-100份；
碱0.1-1份；
碳酸盐0.1-0.9份；以及
氯化盐1-10份；
其中，所述基液与钻井液处理剂的质量比为100：(1-10)。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述基液包括下列重量份的组分：
水90-100份；
碱0.2-0.5份；
碳酸盐0.3-0.6；以及
氯化盐5-10份。
所述基液与钻井液处理剂的质量比为100：(3-6)。
3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，
所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种；
所述碳酸盐为碳酸钠、重碳酸钠、碱式碳酸钠、碱式碳酸锌中的一种或几种；
所述氯化盐为氯化钠、氯化钾中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液处理及包括下列重量份的组分：
增粘剂0.5-1.5份；
纤维2-5份；
降失水剂2-8份；
包被剂4-10份；以及
成膜剂4-10份。
5.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述增粘剂为XC生物聚合物、羟乙基纤维素、丙烯酸盐中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述纤维为羧甲基羟乙基纤维。
7.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述降失水剂为聚阴离子纤维素、水解聚丙烯铵盐中的一种或两种。
8.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述包被剂为羟乙基纤维素。
9.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述成膜剂的型号为LIQUI-VIS。
10.一种钻井液的制备方法，其特征在于，包括：
按照权利要求1或权利要求2的配比将碱、碳酸盐、氯化盐加入至水中，得到基液；
按照权利要求4的配比将增粘剂、纤维、降失水剂、包被剂及成膜剂混合均匀，得到钻井液处理剂；
将基液和钻井液处理剂按照权利要求1或权利要求2的配比混合，搅拌均匀，得到钻井液。
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